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云原生小课堂 | Envoy请求流程源码解析(一):流量劫持
2022-02-25

1 (2).png

前言

Envoy 是一款面向 Service Mesh 的高性能网络代理服务。它与应用程序并行运行,通过以平台无关的方式提供通用功能来抽象网络。当基础架构中的所有服务流量都通过 Envoy 网格时,通过一致的可观测性,很容易地查看问题区域,调整整体性能。

Envoy也是istio的核心组件之一,以sidecar的方式与服务运行在一起,对服务的流量进行拦截转发,具有路由,流量控制等等强大特性。本系列文章,我们将不局限于istio,envoy的官方文档,从源码级别切入,分享Envoy启动、流量劫持、http请求处理流程的进阶应用实例,深度分析Envoy架构。

本篇将是Envoy请求流程源码解析的第一篇,主要分享Envoy的流量劫持。


边车模式

在Istio当中, envoy运行有两种模式,分别为边车模式和代理模式。

2-边车.png

其中边车模式为通过 iptable 进行流量劫持


拦截模式

Istio 支持两种拦截模式:

1. REDIRECT:使用iptables的REDIRECT目标来拦截入站请求,转给Envoy,从Linux2.6.15的内核版本后,iptables开始支持状态跟踪(conntrack),该功能依赖于netfilter的内核模块nf_conntrack。此后,iptables可以根据包的状态进行二次的过滤拦截和状态跟踪。它也是state/ctstate和nat的主要依赖模块。

2. TPROXY:使用iptables的TPROXY目标来拦截入站请求,tproxy 可以用于 inbound 流量的重定向,且无需改变报文中的目的 IP/端口,不需要执行连接跟踪,不会出现 conntrack 模块创建大量连接的问题。受限于内核版本,tproxy 应用于 outbound 存在一定缺陷。目前 Istio 支持通过 tproxy 处理 inbound 流量。

可以全局的设置默认拦截模式,也可以通过sidecar.istio.io/interceptionMode(http://sidecar.istio.io/interceptionMode): TPROXY 给某个工作负载单独设置。

无论采用哪种透明劫持方案,均需要解决获取真实目的 IP / 端口的问题,使用  iptables 方案通过 getsockopt 方式获取,tproxy 可以直接读取目的地址。


关于trpoxy

3-trpoxy.png

https://github.com/istio/istio/issues/5679


关于netfilter和conntrack

https://serverfault.com/questions/1030236/when-does-iptables-conntrack-module-track-states-of-packets


关于为什么istio考虑inbound支持tproxy模式

如果我们是服务端,那么 SYN 包到达的时候,在 POSTROUTING 链的 NAT 表执行过之后(可能做 DNAT 或者 REDIRECT),路由表将决定是 FORWARD 还是 INPUT :

如果 INPUT ,那么 conntrack 记录就此生成,当回包的时候会首先根据 conntrack 作地址复原,并且是不会经过 OUTPUT/POSTROUTING 链 NAT 表的。

如果 FORWARD ,那么 conntrack 记录不会立即生成,需要经过 POSTROUTING 之后才知道是否做了 SNAT/MASQUERADE ,此时才会生成 conntrack 记录。当收到上游回包的时候,不会过 PREROUTING 的 NAT 表,而是直接根据 conntrack 复原为原始 IP 地址,然后直接 FORWARD->POSTROUTING(不会过 NAT 表)送回原始客户端。

目前 Istio 使用 iptables 实现透明劫持,由于需要借助于 conntrack 模块实现连接跟踪,在连接数较多的情况下,会造成较大的消耗,同时可能会造成 track 表满的情况,为了避免这个问题,业内有 ebpf 的加速方案,报文可以不过内核协议栈进行加速穿越


关于track表的限制的资料

https://www.cyberciti.biz/faq/ip_conntrack-table-ful-dropping-packet-error/


默认模式简介

进入sidecar的网络空间,这里介绍的是iptables redirect模式

4-默认模式-sidecar.png

5-接sidecar.png

可见出口都redirect到15001当中,入口流量都被劫持到15006端口

6-15006.png

查看iptables规则(对iptables熟悉的小伙伴可以看到,除了截图的出口,入口流量的劫持,针对某些端口)

7-入口流量的劫持.png

10.96.0.10为k8s环境中dns服务器地址(默认为coredns的svc ip)由istio获得填充


关于为什么iptable除了udp的53端口做拦截,对tcp的53也做了拦截

https://github.com/istio/istio/pull/27081/file为了支持 dns over tcp


15001和15006分开

https://github.com/istio/istio/pull/15713


除了其他一些针对特定uid用户的流量和lo口的return防止流量循环,iptable规则中还出现了个127.0.0.6的地址,这里做出简单解释,参见:https://github.com/istio/istio/issues/29603

8-iptable-链接后.png

9-接上.png

10-接上.png


关于inbound的设计文档

https://docs.google.com/document/d/1j-5_XpeMTnT9mV_8dbSOeU7rfH-5YNtN_JJFZ2mmQ_w/edit#heading=h.xw1gqgyqs5b


关于iptables

附iptables劫持图:

11-iptables劫持图.png

12-接上.png


网关模式

13-网关模式.png

网关模式并无 iptables 作流量劫持,listener 也并非虚拟 listener,敬请期待下一篇分析


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Envoy 是 Istio 中的 Sidecar 官方标配,是一个面向 Service Mesh 的高性能网络代理服务。

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14-试用申请.png


参考文档

1. https://www.debuntu.org/how-to-redirecting-network-traffic-to-a-new-ip-using-iptables/

2. https://www.envoyproxy.io


关于【云原生小课堂】

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